不老的细菌

（文 / 袁越）

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细菌会变老吗？中学生物课老师们斩钉截铁地说：不会！只要外部条件合适，细菌就会一直分裂下去，永葆青春。

上面这个说法直到2005年前还是生物学界的主流观点。但在那一年，有位名叫埃里克·斯蒂伍德（Eric Stewart）的法国科学家做了一个实验，发现母细菌分裂后产生的两个子细菌的分裂速度是不一样的。这个实验在当年引起了很大轰动，生物学家们都认为这个结果颠覆了旧理论，证明细菌也会衰老。

分裂速度和衰老这两个不同的概念究竟是如何联系在一起的呢？这就要从酵母菌的出芽生殖说起。顾名思义，出芽生殖指的是酵母菌在细胞表面生出一个类似芽孢的小凸起，然后这个小凸起逐渐远离母体，最终和母体断开，成为一个全新的酵母细胞。出芽生殖本质上也是一种细胞分裂，但和普通的细胞分裂不一样的是，分裂成的两个后代大小不均，一个极大，一个很小，因此科学家称这种细胞分裂方式为“不对称分裂”。

酵母菌为什么要进行出芽生殖呢？原来，当酵母菌体内的有害物质聚集到一定数量后，便可以通过这种不对称分裂将绝大部分有害物质留在大细胞内，保证那个个头较小的“芽细胞”有个全新的开始。

也许有人会问，酵母菌把这些有害物质排出去不就得了？这确实是个好办法，但很多时候是做不到的。这里所说的有害物质特指受到损伤的蛋白质，比如被自由基氧化的蛋白质等等，它们往往在细胞的生理过程中起着非常关键的作用，很难被替换。事实上，科学家所说的“衰老”就是以这种有害物质的积累作为定义的，当有害物质的积累速度超过了排出（或者修补）的速度时，科学家们就说这个细胞开始衰老了。

明白了衰老的定义，我们就容易理解为什么分裂速度会和衰老联系在一起了。斯蒂伍德认为，普通的细胞分裂产生的两个子细胞之所以分裂速度会有差异，就是因为母细胞选择性地把大部分有害物质分给了其中一个子细胞，而让另一个子细胞更健康。换句话说，两个在显微镜下看起来毫无差别的子细胞其实是有差别的，它们和酵母细胞的出芽生殖本质相同，都是不对称分裂的产物。

但是，科学故事从来都不是一帆风顺的。斯蒂伍德的这篇论文引起了很大争议，不少人反对他的观点。2010年，美国哈佛大学的一个研究小组发明了一种快速检测细胞的技术，并用此技术分析了成千上万的大肠杆菌细胞，发现大肠杆菌即使分裂了上百次也检测不出任何衰老的迹象。

这篇论文看上去足以颠覆斯蒂伍德的理论，但美国加州大学圣地亚哥分校生物系的朝林（Lin Chao，音译）教授得知这个结果后却兴奋异常，他自从读了斯蒂伍德的那篇论文后就对细菌衰老问题产生了兴趣，一直试图用一个数学模型来解释细菌衰老的过程。哈佛大学的这篇论文看似和斯蒂伍德的结果正相反，但朝林发现，两者都可以用自己发明的数学模型加以解释。

具体说，朝林教授认为，研究细菌衰老必须从整体入手，不能只盯着一个细胞。在他看来，细胞累积有害物质是生命过程中必然会发生的现象，必须加以解决。问题在于到底哪一种解决方式对细菌群体（而不是个体）更有利？是把有害物质平均分配给两个子细胞，还是把大部分有害物质留给其中一个细胞，而让另一个细胞有个全新的开始？

“我们用计算机模拟了这两种方式，发现后一种处理方式几乎在所有情况下都是在进化上更为有利的。”朝林教授解释说，“这就好比你拿出100万美元去投资，到底是把这笔钱全部投入一个有8%回报率的基金，还是把50万投给一个6%的基金，另50万投给一个10%的基金？计算的结果支持后一种投资方式，而且时间越长，两者的差别就越大。”

朝林教授猜测，大肠杆菌细胞内肯定有一套运输系统，主动将有害物质运到其中一个子细胞内，导致细菌分裂的不对称性。但这种不对称性并不会导致细菌整体的衰老，这个机制保证了整个群落永远年轻。

“这就是进化的必然结果。”朝林教授说。

朝林教授的这篇论文即将发表在今年11月8日出版的《当代生物学》（Current Biology）杂志上。论文中用到了数学和经济学的一些理论，还带有一点哲学色彩。当然，对于“死亡”这个人类永远的话题，这种讨论方式不算新鲜。■ 不老细菌酵母菌